(57)【要約】【課題】貯湯タンク内に貯湯された水の保温運転時における圧縮機の出口圧力及び出口温度上昇を抑制して、冷凍サイクルの成績係数の低下を抑制することができるヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。【解決手段】ヒートポンプユニット５０は、主回路１１と、放熱器２から流出する高圧冷媒と、蒸発器４と圧縮機１との間を流れる低圧冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器５を有する高低圧熱交換回路１２と、給湯ユニット６０は、放熱器２を流れる水を貯留する貯湯タンク２３と、ポンプ２２とを接続して水を循環させる給湯回路１４を備え、ヒートポンプユニット５０に設けられた計測制御装置２４は、給湯ユニット６０の貯湯タンク２３内の水の温度を所定範囲に維持する保温運転時に、開閉弁７ａを閉じ、開閉弁７ｂを開いて高低圧熱交換回路１２を作動させることを特徴とする。【選択図】図１
2007198699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプユニットと、給湯ユニットとを有するヒートポンプ式給湯機において、
前記ヒートポンプユニットは、
圧縮機、利用側熱交換器、第一減圧装置、熱源側熱交換器が順次配管で接続された主回路と、
前記利用側熱交換器と前記第一減圧装置との間の分岐部から分岐し、前記利用側熱交換器から流出する高圧冷媒と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機との間を流れる低圧冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器を介して、前記分岐部と前記第一減圧装置との間の合流部に合流する高低圧熱交換回路と、
この高低圧熱交換回路の前記分岐部と前記合流部との間の前記主回路に設けられた第一開閉弁と、
前記高低圧熱交換回路に設けられた第二開閉弁とを備え、
前記給湯ユニットは、
前記利用側熱交換器を流れる被加熱媒体を貯留する貯留装置と、被加熱媒体搬送装置とを接続して前記被加熱媒体を循環させる利用側回路を備え、
前記ヒートポンプユニットに設けられた計測制御装置は、前記ヒートポンプユニットの運転状態の変化に応じて、前記第一開閉弁を閉じ前記第二開閉弁を開いて前記高低圧熱交換回路を作動させる制御を行うことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記計測制御装置は、前記給湯ユニットの前記貯留装置内の前記被加熱媒体の温度を所定範囲に維持する保温運転時に、前記第一開閉弁を閉じ前記第二開閉弁を開いて前記高低圧熱交換回路を作動させることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
ヒートポンプユニットと、給湯ユニットとを有するヒートポンプ式給湯機において、
前記ヒートポンプユニットは、
圧縮機、利用側熱交換器、第一減圧装置、熱源側熱交換器が順次配管で接続された主回路と、
前記利用側熱交換器と前記第一減圧装置との間の分岐部から分岐し、前記利用側熱交換器から流出する高圧冷媒と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機との間を流れる低圧冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器を介して、前記第一減圧装置と前記熱源側熱交換器との間の合流部に合流する高低圧熱交換回路と、
この高低圧熱交換回路に設けられた第二減圧装置とを備え、
前記給湯ユニットは、
前記利用側熱交換器を流れる被加熱媒体を貯留する貯留装置と、被加熱媒体搬送装置とを接続して前記被加熱媒体を循環させる利用側回路を備え、
前記ヒートポンプユニットに設けられた計測制御装置は、前記ヒートポンプユニットの運転状態の変化に応じて、前記前記第二減圧装置の開度を制御して、前記高低圧熱交換回路を作動させる制御を行うことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記計測制御装置は、前記給湯ユニットの前記貯留装置内の前記被加熱媒体の温度を所定範囲に維持する保温運転時に、高圧側冷媒圧力が設計圧力の許容値を超えない範囲で、該設計圧力の許容値に近づくように、前記第二減圧装置の開度を制御して、前記高低圧熱交換回路を作動させることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記利用側熱交換器の出口部と前記熱源側熱交換器の入口部との間の前記主回路から分岐し、第三開閉弁及び第三減圧装置を介して前記圧縮機の入口部に合流するバイパス回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
前記計測制御装置は、前記保温運転時に、前記熱源側熱交換器の熱源側媒体搬送装置を停止することを特徴とする請求項２又は請求項４又は請求項５に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項７】
前記計測制御装置は、前記保温運転時に、前記圧縮機の容量を制御して前記利用側熱交換器の熱交換量を制御することを特徴とする請求項２又は請求項４又は請求項５に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項８】
前記利用側熱交換器の容積が、前記熱源側熱交換器の容積よりも小さいことを特徴とする請求項１及至請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項９】
前記ヒートポンプユニットに用いる冷媒に二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項１及至請求項８のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプユニットを用いて貯湯タンク内の水温を所定値に保つための保温運転機能を備えるヒートポンプ式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ給湯機に、冷媒を超臨界圧力まで圧縮する圧縮機、この圧縮機から吐出した冷媒と負荷側媒体とを熱交換する単一の放熱器、冷媒を減圧する膨張弁、及び蒸発器を環状に接続して、冷媒が循環する冷凍サイクルと、単一の放熱器を流通する冷媒により加熱された負荷側媒体をタンクに貯留する給湯回路と、高圧側冷媒圧力を所定の圧力に制御する高圧制御手段とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１５５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されているヒートポンプ給湯機は、放熱器の利用側入口温度が比較的低い給湯運転における高圧制御に関するものであり、利用側入口温度が高い保温運転では、ヒートポンプ式給湯機の成績係数（ＣＯＰ）が大きく低下するという課題がある。ここで、ヒートポンプ式給湯機の成績係数であるＣＯＰは、放熱器での加熱能力を圧縮機の仕事量で除したものである。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンク内に貯湯された水の保温運転時における圧縮機の吐出圧力及び吐出冷媒ガス温度上昇を抑制して、冷凍サイクルの成績係数の低下を抑制することができるヒートポンプ式給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニットと、給湯ユニットとを有するヒートポンプ式給湯機において、ヒートポンプユニットは、圧縮機、利用側熱交換器、第一減圧装置、熱源側熱交換器が順次配管で接続された主回路と、利用側熱交換器と第一減圧装置との間の分岐部から分岐し、利用側熱交換器から流出する高圧冷媒と、熱源側熱交換器と圧縮機との間を流れる低圧冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器を介して、分岐部と第一減圧装置との間の合流部に合流する高低圧熱交換回路と、この高低圧熱交換回路の分岐部と合流部との間の主回路に設けられた第一開閉弁と、高低圧熱交換回路に設けられた第二開閉弁とを備え、給湯ユニットは、利用側熱交換器を流れる被加熱媒体を貯留する貯留装置と、被加熱媒体搬送装置とを接続して被加熱媒体を循環させる利用側回路を備え、ヒートポンプユニットに設けられた計測制御装置は、ヒートポンプユニットの運転状態の変化に応じて、第一開閉弁を閉じ第二開閉弁を開いて高低圧熱交換回路を作動させる制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係るヒートポンプ式給湯機は、上記構成により、放熱器の被加熱媒体の入口温度が高い保温運転時において、高低圧熱交換回路により圧縮機の吐出圧力と吐出冷媒ガス温度の上昇を抑制し、成績係数の低下を抑制できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１乃至図７は実施の形態１を示す図で、図１はヒートポンプ式給湯機１００の構成図、図２はヒートポンプ式給湯機１００の出湯温度制御に関するフローチャート、図３はヒートポンプ式給湯機１００の吐出温度制御に関するフローチャート、図４はヒートポンプ式給湯機１００の給水温度の変化による運転状況を示すＰ−Ｈ線図、図５はヒートポンプ式給湯機１００の保温運転時における高低圧熱交回路の作用を示すＰ−Ｈ線図、図６はヒートポンプ式給湯機１００の保温運転時におけるＣＯＰ低下抑制効果を示すＰ−Ｈ線図、図７はヒートポンプ式給湯機１００の保温運転時の制御に関するフローチャートである。
【０００８】
図１により、ヒートポンプ式給湯機１００の構成を説明する。ヒートポンプ式給湯機１００は、ヒートポンプユニット５０と、給湯ユニット６０とで構成される。
【０００９】
ヒートポンプユニット５０は、主回路１１と、高低圧熱交換回路１２と、バイパス回路１３と、計測制御装置２４とを備える。
【００１０】
主回路１１には、冷媒（例えば、二酸化炭素（ＣＯ２））を圧縮する圧縮機１、放熱器２（利用側熱交換器とも言う）、膨張弁３ａ（第一減圧装置の一例）、ファン２１（熱源側媒体搬送装置の一例）を有する蒸発器４（熱源側熱交換器とも言う）が順次配管で接続される。
【００１１】
高低圧熱交換回路１２は、放熱器２の出口部から流出する高圧冷媒と蒸発器４の出口部と圧縮機１の入口部との間を流れる低圧冷媒とを熱交換する高低圧熱交換器５と、開閉弁７ｂ（第二開閉弁とする）とを有し（高低圧熱交換器５と開閉弁７ｂとは直列に接続される）、放熱器２の出口部と膨張弁３ａの入口部との間の分岐部１２ａから分岐し、この分岐部１２ａと膨張弁３ａの入口部との間の合流部１２ｂで主回路１１に合流する。この高低圧熱交換回路１２の分岐部１２ａと合流部１２ｂとの間の主回路１１に開閉弁７ａ（第一開閉弁とする）を設ける。開閉弁７ａと開閉弁７ｂとにより、放熱器２の出口部の冷媒が主回路１１か高低圧熱交換回路１２のどちらかを流れることができるようなっている。
【００１２】
バイパス回路１３は、直列に接続されるキャピラリ６（第三減圧装置の一例）と開閉弁７ｃ（第三開閉弁とする）とを有し、放熱器２の出口部と蒸発器４の入口部との間を流れる冷媒を、圧縮機１の入口部へ流入させる。図１では、放熱器２の出口部と膨張弁３ａの入口部との間にバイパス回路１３が接続されている例を示すが、放熱器２の出口部と蒸発器４の入口部との間であれば、何処でもよい。バイパス回路１３は、圧縮機１の出口温度（冷媒の吐出温度）を下げるために設けられる。
【００１３】
ヒートポンプユニット５０、主回路１１、高低圧熱交換回路１２、バイパス回路１３で構成される冷媒回路の冷媒には、例えば、冷凍サイクルにおける高圧側が臨界圧力（約７３ｋｇ／ｃｍ２）以上となり、かつ容易に入手可能な二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。
【００１４】
また、ヒートポンプユニット５０には、冷凍サイクルの高圧側の冷媒圧力を計測する圧力センサ４０が圧縮機１の出口部から膨張弁３の入口部の間に設けられる。図１では、一例として、圧縮機１の出口部と放熱器２の入口部との間に設ける例を示している。
【００１５】
また、圧縮機１の出口温度である吐出温度を計測する吐出温度センサ３０ｄが、圧縮機１の出口部に設けられる。
【００１６】
また、外気温度を計測する外気温度センサ３０ｂが、蒸発器４の空気（熱源側媒体）を搬送するファン２１の吸込み側またはヒートポンプユニット５０の外郭近傍にそれぞれ設けられている。
【００１７】
また、放熱器２には、後述する給湯ユニット６０の給湯回路１４の一部が設けられ、放熱器２の出湯温度（水側出口温度）を計測する出湯温度センサ３０ｃが設けられている。
【００１８】
また、ヒートポンプユニット５０内には、計測制御装置２４が設けられている。計測制御装置２４は、圧力センサ４０、貯湯水温センサ３０ａ（後述）、外気温度センサ３０ｂ、出湯温度センサ３０ｃ、吐出温度センサ３０ｄなどの計測情報や、ヒートポンプ式給湯機の使用者から指示される運転情報の内容に基づいて、圧縮機１の運転方法、膨張弁３ａの開度、開閉弁７ａ、開閉弁７ｂ、開閉弁７ｃの切換え、ポンプ２２（後述）の運転方法などを制御する。
【００１９】
給湯ユニット６０は、放熱器２を流れる水（被加熱媒体の一例）を貯留する貯湯タンク２３（貯留装置の一例）と、ポンプ２２（被加熱媒体搬送装置の一例）が搭載され、ヒートポンプユニット５０の放熱器２を介して循環するように接続して給湯回路１４（利用側回路とも言う）を構成している。
【００２０】
給湯回路１４には、貯湯タンク２３内の貯湯水温を計測する貯湯水温センサ３０ａが貯湯タンク２３に設けられている。
【００２１】
次に、このヒートポンプ式給湯機１００の計測制御装置２４の制御動作について説明する。回転数などで制御される圧縮機１及びポンプ２２の運転容量は、外気温度センサ３０ｂで計測される周囲の外気温度及び貯湯水温センサ３０ａで計測される貯湯タンク２３内の水温度の情報を用いて、加熱能力もしくは出湯温度センサ３０ｃで計測される出湯温度が予め定められた目標値、例えば目標加熱能力２０ｋｗ、目標水出口温度６５℃となるように制御される。
【００２２】
膨張弁３ａは、蒸発器４の出口部を所定の状態、例えば過熱度２ｄｅｇとなるように制御される。
【００２３】
バイパス回路１３の開閉弁７ｃは、吐出温度センサ３０ｄで計測した圧縮機１の吐出温度が設計温度の許容値を超えた場合に開き、圧縮機１の吐出温度上昇を抑制する。
【００２４】
また、蒸発器４に空気（熱源側媒体の一例）を搬送するファン２１は、予め定められた回転数で運転される。
【００２５】
また、圧力センサ４０、貯湯水温センサ３０ａ、外気温度センサ３０ｂ、出湯温度センサ３０ｃ、吐出温度センサ３０ｄで計測した情報を基に、圧縮機１やポンプ２２などの要素機器の制御が、計測制御装置２４にて行われる。
【００２６】
次に、このヒートポンプ式給湯機１００の制御動作である出湯温度制御について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。出湯温度センサ３０ｃで出湯温度を計測すると（Ｓ２０１）、計測制御装置２４は計測した出湯温度とその目標値との関係を判断する（Ｓ２０２）。計測した出湯温度が目標値よりも大きい場合は、圧縮機１の回転数を減少させることで（Ｓ２０３ａ）、放熱器２の加熱量が低下するため出湯温度も低下する。一方、計測した出湯温度が目標値よりも低い場合は、圧縮機１の回転数を増加させることで（Ｓ２０３ｂ）、放熱器２の加熱量が増加するため出湯温度が上昇する。上記制御を繰り返すことにより、出湯温度を目標値と一致させることができる。
【００２７】
次に、このヒートポンプ式給湯機の制御動作である吐出温度上昇抑制制御について、図３に示す吐出温度上昇抑制制御のフローチャートを用いて説明する。吐出温度センサ３０ｄで圧縮機１の出口温度である吐出温度を計測すると（Ｓ２１１）、計測制御装置２４は計測した吐出温度と、吐出温度の目標値との関係を判断する（Ｓ２１２）。計測した吐出温度が目標値より大きい場合は、開閉弁７ｃを開くことにより（Ｓ２１３）、放熱器２の出口部と蒸発器４の入口部との間を流れる冷媒が圧縮機１の入口部へ流入し、圧縮機１の過熱度又は入口部乾き度が低下し吐出温度上昇を抑制することができる。
【００２８】
次に、通常の外気温度、例えば外気温度１６℃における、このヒートポンプ式給湯機１００の保温運転について説明する。保温運転は貯湯水温センサ３０ａで計測される貯湯タンク２３内の水温度が所定値、例えば６０℃以下となった場合に始まり、保温運転時における出湯温度の目標値は、例えば８０℃となる。このとき、ポンプ２２の回転数は貯湯運転と同じとする。
【００２９】
図４は、縦軸Ｐが圧力を示し、横軸Ｈがエンタルピーを示すＰ−Ｈ線図であり、放熱器２の水側入口温度の変化による冷凍サイクル状態を示す。放熱器２の水側入口温度が１７℃（Ｌ２０１）の場合に対し、３５℃（Ｌ２０２）に上昇すると蒸発器入口（Ｅｉ）の乾き度は高くなる。放熱器２の水側入口温度が６０℃（Ｌ２０３）となる給湯運転では、蒸発器４の入口部乾き度が高くなり、冷凍サイクル全体がガスサイクルとなり、蒸発器４に存在する冷媒量が減少し、それにより発生した余剰冷媒は放熱器２側へ移動する。これにより、高圧圧力が上昇し設計圧力の許容値（Ｌ３０１）を超えてしまう場合が発生する。Ｌ３０２は、等温線（放熱器２の水側入口温度が６０℃）を示す。
【００３０】
次に、高圧側冷媒圧力上昇抑制手段として、高低圧熱交換回路１２を用いた場合の運転について説明する。図１に示す開閉弁７ｂを開き、開閉弁７ａを閉じることで、高低圧熱交換回路１２に冷媒を流すことができる。図５に高低圧熱交換回路１２を利用した場合における保温運転の冷凍サイクル状態（Ｌ２０４）を示す。高低圧熱交換回路１２へ冷媒が流れることにより、放熱器２の出口部から膨張弁３ａの入口部の間を流れる高圧冷媒と、蒸発器４の出口部から圧縮機１の入口部の間を流れる低圧冷媒とが熱交換することで（ΔＨＨ＝ΔＨＬ）、蒸発器４の入口部乾き度が低下し（Ｅｉ→Ｅｉ´）、蒸発器４内に存在する冷媒量が増加することにより余剰冷媒が処理され、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することが可能となる。尚、高低圧熱交換回路１２を作動させるのは、保温運転時に限られたものではなく、保温運転以外の運転時でも、例えば、圧力センサ４０で計測した高圧側冷媒圧力が上昇し、放熱器２に余剰冷媒が貯留する場合に、適宜高低圧熱交換回路１２を作動させてもよい。
【００３１】
他の高圧側冷媒圧力上昇抑制手段としては、圧縮機１の回転数を減少させたり、出湯温度の目標値を下げるなどの、加熱能力自体を低下させる方法があるが、高低圧熱交換回路１２を利用すれば、加熱能力または出湯温度の目標値を変えずに高圧側冷媒圧力上昇を抑制することが可能となる。
【００３２】
次に、低外気温度、例えば外気温度が−１５℃の場合における、高低圧熱交換回路１２を利用した保温運転について図６を用いて説明する。低外気条件では、圧縮機１の入口冷媒密度が小さくなるため、通常の外気条件時と同じ目標値、例えば出湯温度が８０℃となるような保温運転を行うと、圧縮機１の回転数が増加し、仕事量が増加する。場合によっては、Ｌ２０５に示すように圧縮機の仕事量（ΔＨｃ）が加熱量（ΔＨｇ）よりも大きくなり、蒸発器４からも放熱（ΔＨｅ）しＣＯＰが１以下となる（ΔＨｇ＜ΔＨｃ）ことがある。そこで、蒸発器４のファン２１を停止し、蒸発器４での放熱をなくし、Ｌ２０６に示すように、圧縮機１の仕事を全て放熱器２での加熱量にできれば（ΔＨｃ＝ΔＨｇ）、ＣＯＰの低下を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、低外気条件などの場合、貯湯、保温運転によらず、吐出温度が設計温度の許容値以上となる場合がある。この時は、開閉弁７ｃ（第三開閉弁）を開きバイパス回路１３（図１）へ冷媒が流れるようにすることで、低温の二相冷媒が圧縮機１の入口部へ流入し、圧縮機１の入口冷媒が湿り状態となり、吐出温度上昇を抑制することが可能となる。
【００３４】
図７は保温運転におけるヒートポンプ式給湯機１００の制御に関するフローチャートである。Ｓ１０１では貯湯水温センサ３０ａで計測した貯湯タンク２３内水温度情報を計測制御装置２４が受け取り、設定値との比較を行う。貯湯タンク２３内水温度が設定値より小さい場合（例えば６０℃以下）は、Ｓ１０２で現在保温運転中かを判断し、保温運転を開始していない場合は、Ｓ１０３で保温運転開始指令を発する。そして、Ｓ１０４で高低圧熱交換回路１２を作動させ、Ｓ１０５で圧縮機１の運転を開始する。この時、膨張弁３ａの開度は予め決められた設定値（例えば２５０パルス）となっている。Ｓ１０６で外気温度センサ３０ｂで計測した外気温度が設定値（例えば０℃）よりも低い場合は、ＣＯＰの低下が予想されることから、Ｓ１０７−１で蒸発器４のファン２１を停止する。一方、外気温度が設定値よりも高い場合は、蒸発器４のファン２１は稼動される。その後は、Ｓ１０８では出湯温度センサ３０ｃで計測した出湯温度が設定値（例えば８０℃）となるように圧縮機１の回転数を制御し、Ｓ１０９では吐出温度センサ３０ｄにて計測した吐出温度が所定の範囲内（例えば１２０℃以下）となるように、膨張弁３ａの開度変更、もしくはバイパス回路１３の開閉弁７ｃの開閉を行う。そして、貯湯タンク２３内水温度が目標値となるまで上記制御を繰り返し、貯湯タンク内水温度が目標値となれば、Ｓ１１０で保温運転終了指令が発せられ、保温運転が終了する。
【００３５】
上記制御（図７）により、放熱器２の水側入口温度が高い保温運転でも、高圧圧力上昇を抑制しながら運転可能となり、低外気温度の場合でも、目標加熱能力を下げずにＣＯＰ低下を抑制することができる（能力優先運転）。
【００３６】
上記制御は、加熱能力を優先した運転であったが、圧縮機１の回転数を低下させる、出湯温度の目標値を下げるといったように、加熱能力を低下させ、圧縮機１の仕事量を減らすことで、加熱能力が一定の場合よりもＣＯＰが高い運転（ＣＯＰ優先運転）も可能となる。
【００３７】
保温運転を、能力優先運転にするか、又はＣＯＰ優先運転にするかは、運転条件や使用条件によって切り替えることもできる。例えば、夜間など使用者が利用する湯量が少ない時間帯では、ＣＯＰ優先運転により少しずつ貯湯タンク２３内の温度を上昇させ、昼間などの高温のお湯が多量に必要な時間帯では、能力優先運転によりできるだけ早く貯湯タンク２３内の温度を上昇させることができる。
【００３８】
また、放熱器２の容積よりも蒸発器４の容積が大きい場合、例えば容積比が放熱器２の容積：蒸発器４の容積＝１：５のとき、容積比が小さい場合と比べて、運転条件の違いによって発生する余剰冷媒の処理能力が大きい。つまり、放熱器２の容積に対する蒸発器４の容積が大きいほど蒸発器４に多くの冷媒が存在できることから、余剰冷媒が発生しても高圧圧力は上昇しにくい。
【００３９】
実施の形態２．
図８乃至図１３は実施の形態２を示す図で、図８はヒートポンプ式給湯機２００の構成図、図９はヒートポンプ式給湯機２００の高圧側冷媒圧力変動時の運転状況を示すＰ−Ｈ線図、図１０はヒートポンプ式給湯機２００の高圧側冷媒圧力とＣＯＰ他との相関を示す図、図１１はヒートポンプ式給湯機２００の運転状態を示すＰ−Ｈ線図、図１２は高低圧熱交換回路１２を利用した保温運転時の運転状態を示すＰ−Ｈ線図、図１３はヒートポンプ式給湯機２００の変形例の構成図である。
【００４０】
図８により、ヒートポンプ式給湯機２００について、図１と異なる部分について説明する。同一部分は説明を省略する。
高低圧熱交換回路１２は、開閉弁７ｂに代えて膨張弁３ｂ（第二減圧装置の一例）を使用し、主回路１１に膨張弁３ａの出口部と蒸発器４の入口部との間の合流部１２ｂで合流する。また、主回路１１の開閉弁７ａは使用しない。他の構成は図１と同じである。
【００４１】
この実施の形態２での高低圧熱交換回路１２の利用について説明する。高低圧熱交換回路１２を利用した場合の、冷凍サイクルの動作は実施の形態１と同じであるが、実施の形態２では高低圧熱交換回路１２に膨張弁３ｂを設けていることから、使用条件に応じた高圧側冷媒圧力制御が可能となる。
【００４２】
ＣＯ２などのように高圧側が超臨界状態で運転される冷凍サイクルでは、図１０に示すように運転条件によって成績係数が最大となる高圧側冷媒圧力値が存在する。図１０では、高圧側冷媒圧力値ＰがＰ２の時に成績係数（ＣＯＰ）が最大となる。
【００４３】
図９は、放熱器２の出口の冷媒温度が同一となるように高圧側冷媒圧力を変化させたときの冷凍サイクルを示したＰ−Ｈ線図である。図９において、冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力値がＰ１、Ｐ２、Ｐ３の順に上昇するにつれて放熱器２での加熱量に相当するエンタルピー差ΔＨｇが増加する。一方、高圧側冷媒圧力値が上昇すると圧縮機１の仕事量に相当する圧縮機１でのエンタルピー差ΔＨｃも増大する。
【００４４】
この時のΔＨｇ、ΔＨｃにおける冷凍サイクルの高圧側冷媒圧力値による変化の傾向を示すと図１０のようになる。図１０は横軸が冷凍サイクルにおける高圧側冷媒圧力Ｐ、縦軸が成績係数ＣＯＰ（実線）、放熱器２でのエンタルピー差ΔＨｇ（点線）、圧縮機１でのエンタルピー差ΔＨｃ（一点鎖線）である。図１０において、高圧側冷媒圧力上昇に伴う能力に相当するΔＨｇの増加率が入力に相当するΔＨｃの増加率よりも下回る領域（Ｐ１からＰ２の範囲）では、ΔＨｇ／ΔＨｃで表される冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が上昇し、逆に加熱量に相当するΔＨｇの増加率が入力に相当するΔＨｃの増加率よりも下回る領域（Ｐ２からＰ３の範囲）では、ＣＯＰが低下する。従って、ＣＯＰが最大となる高圧側冷媒圧力Ｐが存在し、図１０におけるＰ２がそれに該当する。
【００４５】
一方、放熱器２の水側入口温度が高い、例えば貯湯タンク２３内の水温が６０℃となる保温運転を行う場合では、図１１に示すように冷凍サイクルがガスサイクルになり、ＣＯＰが最大となる高圧側冷媒圧力が設計圧力の許容値Ｌ３０１以上となってしまうため、運転可能範囲は図１０に示すＰ１からＰ２の領域となり、設計圧力の許容範囲内でできるだけ高圧側冷媒圧力を高くすることにより、ＣＯＰ低下を抑制した保温運転が可能となる。
【００４６】
実施の形態１のように、主回路１１の開閉弁７ａを閉じて、高低圧熱交換回路１２の開閉弁７ｂを開いて高低圧熱交換回路１２を作動させる場合は、主回路１１の冷媒の全てが高低圧熱交換回路１２を流れる。それによって、蒸発器４の入口部乾き度が低下し（Ｅｉ→Ｅｉ´）、蒸発器４内に存在する冷媒量が増加することにより余剰冷媒が処理され、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することが可能となるが、そのときの高圧側冷媒圧力を、ＣＯＰができるだけ大きくなるように、設計圧力の許容値の範囲内で、変化させることはできない。
【００４７】
本実施の形態では、高低圧熱交換回路１２に膨張弁３ｂを使用しているので、高低圧熱交換回路１２に流れる冷媒量を制御することができる。即ち、保温運転時に、高圧側冷媒圧力が、図１０に示すＰ２にできるだけ近い圧力になるように、膨張弁３ｂの開度を制御することができる。
【００４８】
図１２に、実施の形態２における保温運転時に高低圧熱交換回路１２を使用した場合の冷凍サイクルの一例を示す。このときの冷凍サイクルは、図１２中のＬ２０７のようになる。膨張弁３ｂを所定の開度とすることで、主回路１１と高低圧熱交換回路１２へ冷媒の流れを分けることができる。主回路１１側へ流れる冷媒は膨張弁３ａにより減圧され、冷媒状態はＸ１となる。また、高低圧熱交換回路１２を流れる冷媒は、高低圧熱交換器５にて蒸発器４の出口冷媒と熱交換して温度が低下し、膨張弁３ｂで減圧され、冷媒状態はＸ２となる。その後、合流し冷媒状態はＥｉとなる。このとき、膨張弁３ｂの開度を高圧側冷媒圧力が設計圧力の許容値Ｌ３０２を超えない範囲で、できるだけ大きくように制御することにより、ＣＯＰ低下を抑制しながらの保温運転が可能となる。尚、高低圧熱交換回路１２を作動させるのは、保温運転時に限られたものではなく、保温運転以外の運転時でも、例えば、圧力センサ４０で計測した高圧側冷媒圧力が上昇し、放熱器２に余剰冷媒が貯留する場合に、適宜高低圧熱交換回路１２を作動させてもよい。
【００４９】
尚、バイパス回路１３は、図８では、放熱器２の出口部と膨張弁３ａの入口部との間にバイパス回路１３が接続されている例を示したが、図１３に示すように、膨張弁３ａの出口部と蒸発器４の入口部との間にバイパス回路１３を接続してもよい。つまり、放熱器２の出口部と蒸発器４の入口部との間であれば何処にバイパス回路１３を接続してもよいということである。
【００５０】
なお、実施の形態１、２において、圧縮機１の形式は、スクロール、ロータリー、レシプロなどどのような種類のものであってもよいし、容量制御の方法もインバータによる回転数制御だけでなく、複数台圧縮機がある場合の台数制御や、ストロークボリューム可変タイプ（多気筒タイプ）ならストロークボリュームを変更するなどの方法をとってもよい。
【００５１】
また、実施の形態１、２において、冷媒をＣＯ２として説明をしたが、ＣＯ２に限るものではなく、エチレン、エタン、酸化窒素などの臨界圧力以上で使用する他の冷媒を用いたものにも適用でき、それらを混合したものを冷媒として用いたものにも適用できる。
【００５２】
また、蒸発器４入口側に温度センサ３０ｅ（図示しない）を、圧縮機１の吸入側に温度センサ３０ｆ（図示しない）設け、蒸発温度及び吸入温度を計測し、蒸発温度、吐出温度、吸入温度及び使用する圧縮機の性能から吐出圧力を算出できる吐出圧力演算手段を設けることにより、圧力センサ４０を設けずに、圧縮機１の出口圧力が算出できるようにしてもよい。
【００５３】
また、実施の形態１、２において、ＣＯ２と共沸性の高い炭化水素類、例えば、プロパン、シクロプロパン、イソブタン、ブタン等と混合し、臨界圧力をＣＯ２単体よりも低い冷媒として用いたものにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の構成図である。
【図２】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の出湯温度制御に関するフローチャート図である。
【図３】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の吐出温度制御に関するフローチャート図である。
【図４】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の給水温度の変化による運転状況を示すＰ−Ｈ線図である。
【図５】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の保温運転時における高低圧熱交回路の作用を示すＰ−Ｈ線図である。
【図６】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の保温運転時におけるＣＯＰ低下抑制効果を示すＰ−Ｈ線図である。
【図７】実施の形態１を示す図で、ヒートポンプ式給湯機１００の保温運転時の制御に関するフローチャート図である。
【図８】実施の形態２を示す図で、ヒートポンプ式給湯機２００の構成図である。
【図９】実施の形態２を示す図で、ヒートポンプ式給湯機２００の高圧側冷媒圧力変動時の運転状況を示すＰ−Ｈ線図である。
【図１０】実施の形態２を示す図で、ヒートポンプ式給湯機２００の高圧側冷媒圧力とＣＯＰ他との相関を示す図である。
【図１１】実施の形態２を示す図で、ヒートポンプ式給湯機２００の運転状況を示すＰ−Ｈ線図である。
【図１２】実施の形態２を示す図で、高低圧熱交換回路１２を利用した保温運転時の運転状態を示すＰ−Ｈ線図である。
【図１３】実施の形態２を示す図で、ヒートポンプ式給湯機２００の変形例の構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  圧縮機、２  放熱器、３ａ  膨張弁、３ｂ  膨張弁、４  蒸発器、５  高低圧熱交換器、６  キャピラリ、７ａ  開閉弁、７ｂ  開閉弁、７ｃ  開閉弁、１１  主回路、１２  高低圧熱交換回路、１２ａ  分岐部、１２ｂ  合流部、１３  バイパス回路、１４  給湯回路、２１  ファン、２２  ポンプ、２３  貯湯タンク、２４  計測制御装置、３０ａ  貯湯水温センサ、３０ｂ  外気温度センサ、３０ｃ  出湯温度センサ、３０ｄ  吐出温度センサ、４０  圧力センサ、５０  ヒートポンプユニット、６０  給湯ユニット、１００  ヒートポンプ式給湯機、２００  ヒートポンプ式給湯機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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